한국   대만   중국   일본 
Енерги?а ? Википеди?а Пре?и на садржа?

Енерги?а

С Википеди?е, слободне енциклопеди?е
Трансформаци?а енерги?е: током удара грома, 500 мега?ула електричне потенци?алне енерги?е се претвара у еквивалентну величину енерги?е светла , енерги?е звука и топлотне енерги?е

У физици , енерги?а сво?ство ко?е мора бити пренето на об?екат да би извршио рад , или да би се загре?ао , и може бити конвертовано у други облик , али не може бити креирано нити уништено . [1]

Енерги?а ?е способност врше?а рада . Ова општа дефиници?а ?е део основних дефиници?а савремене физике , и то у оном делу ко?и треба да одговори на пита?е о узроку и пореклу природних феномена акци?е, де?ства и силе . Сваки физички систем поседу?е енерги?у у извесно? количини. Количина енерги?е система ни?е апсолутна вредност ве? релативна у односу на референтно ста?е или референтни ниво. Енерги?а физичког система се дефинише као количина механичког рада кога систем може да произведе када ме?а сво?е теку?е ста?е и прелази у референтно ста?е; на пример ако се литар воде охлади до 0 °C или када ауто удари дрво и успори од 120 km/h до 0 km/h.

У физици ?е енерги?а тесно повезана са по?мом ентропи?а .

Истори?а [ уреди | уреди извор ]

Томас ?анг - први ?е користио термин енерги?а у модерном значе?у

Израз потиче од грчке речи енерги?а ( грч. ?ν?ργεια ) у значе?у живахан , ко?а се први пут на?вероватни?е по?авила у раду Аристотела у 4. веку пре нове ере. [2]

Томас ?анг ?е први 1807 . године користио термин енерги?а уместо до тадаш?ег термина вис вива (жива сила), у модерном значе?у. [3] Гаспар Гистав Кориолис ?е први описао кинетичку енерги?у 1829, а 1853, ?е Вили?ам Ранкин дефинисао термин потенци?ална енерги?а .

У прошлости, о енерги?и се расправ?ало у смислу лако уоч?ивих ефеката на телима или ста?а различитих система. У основи, ако се нешто промени, неки облик енерги?е ?е одговоран за такву промену. Како се схватало да енерги?а може бити ускладиштена у тела, по?ам енерги?е ?е све више обухватао иде?у способност (потенци?ал) за промене као и саме промене. Такви ефекти (и потенци?ални и актуелни) се по?ав?у?у у разним облицима; пример ?е електрична енерги?а доби?ена из батери?а , хеми?ска енерги?а ускладиштена у храни, топлотна енерги?а гре?ача воде или кинетичка енерги?а воза у покрету. ?едноставно речено, енерги?а ?е ?промена или способност за промене“, мада у стварном свету посто?е примери ко?и беже оваквом по?едностав?ива?у.

По?ам енерги?е и рада су релативно нови алати ко?има барата?у физичари. Ни Галиле? ни ?утн нису дали никакав допринос разво?у теоретског модела енерги?е, и тако ?е било до половине 19. века када су се по?авили ови по?мови.

Разво? парне машине ?е захтевао од инже?ера да разви?у по?мове и формуле ко?и су им омогу?или да опишу механичку и топлотну ефикасност ?ихових система. Инже?ери као што су Сади Карно и ?е?мс Прескот ?ул , математичари Емил Клаперион и Херман фон Хелмхолц и аматери као ?ули?ус Роберт фон Ма?ер су сви допринели за?едничком сагледава?у да способност врше?а рада ?есте некако повезана са количином енерги?е у систему. Природа енерги?е ?е и да?е била неухват?ива и годинама ?е изазивала расправе да ли ?е енерги?а нека врста матери?е или ?едноставно физичка величина, као што су, на пример, притисак , температура , дужина ,... итд.

Ви?ем Томсон (Лорд Келвин) ?е спо?ио све претходне законе у сво? закон термодинамике, што ?е помогло убрзаном разво?у енергетском приступу описа хеми?ских реакци?а Рудолфа Клауси?уса , Виларда Гибса и Волтера Нернста . Додатно, ово ?е омогу?ило Лудвигу Болцману да опише ентропи?у математичким по?мовима и да за?едно са ?ожефом Штефаном разматра закон о енерги?и зраче?а.

Облици енерги?е [ уреди | уреди извор ]

Енерги?а се може по?авити у неколико облика:

Претвара?е енерги?е [ уреди | уреди извор ]

?едан облик енерги?е се може претворити у други; на пример, батери?а претвара хеми?ску енерги?у (Лекланшеовог елемента) у електричну енерги?у, ко?а се потом може претворити у топлотну (или светлосну - што ?е електромагнетна енерги?а). Слично, потенци?ална енерги?а се претвара у кинетичку енерги?у воде ко?а окре?е турбину, ко?а се потом претвара у електричну енерги?у посредством генератора. Приликом претвара?а енерги?е важи закон о одржа?у енерги?е.

Закон одржа?а енерги?е [ уреди | уреди извор ]

Закон одржа?а енерги?е тврди да се у затвореном систему не може ме?ати укупан износ енерги?е, он оста?е константан. Ова? закон ?е последица транслационе симетри?е времена, што значи да физички процес не може зависити од тренутка почетка процеса на временско? оси. Неки рад (значи и облици енерги?е) нису лако мер?иви без присуства посматрача.

Општи поглед на енерги?у [ уреди | уреди извор ]

У ?едно? к?изи ко?а се бави популаризаци?ом науке се постав?а интересантно пита?е шта дефинише и раздва?а облике енерги?е?

" Ми смо опрем?ени са два различита и одво?ена чула, ?едно реагу?е на електромагнетске таласе у опсегу приближно 4*10 -4 до 8*10 -4 mm, што ?е светлосно зраче?е; друго чуло на нешто дуже таласне дужине, но ипак исте природе, топлотне таласе. Тако ми имамо два различита израза у нашем ?езику светлост и топлота , да нагласе ова два феномена, ко?а об?ективно гледано нема?у ?асну лини?у разграниче?а ве? постепено прелазе из ?едног у друго. Пита?е ?е можемо ли електромагнетно зраче?е таласне дужине 9*10 -4 mm сматрати светлосним или топлотним таласима. "

Значи, ако се врши посматра?е разних облика енерги?е на оси таласног спектра на ко?о? посто?и бесконачно много разних таласних дужина, шта чини ?едан облик енерги?е различитим од другог?

Испод следи набра?а?е облика енерги?е, како их ми дожив?авамо у свакодневном окруже?у:

?единице [ уреди | уреди извор ]

Интернационални систем SI [ уреди | уреди извор ]

Интернационална ?единица за енерги?у и рад ?е ?ул (J), названа у част ?е?мса Прескота ?ула и ?егових експеримената ко?има ?е доказао еквиваленци?у механичке и топлотне енерги?е.

Школска дефиници?а рада ?е: Скаларни производ вектора силе и вектора помера?а , дакле:

Прва формула се у ?единицама СИ система изражава као:

Односно, ?едан ?ул ?еднак ?е ?едном ?утн-метру, као раду ко?и изврши сила од ?едног ?утна при помера?у тела на путу од ?едног метра , при су сила и помера? истог смера.

?единица енерги?е у нуклеарно? физици ?е електронволт (eV), с обзиром да су редови величина изразито мали.

.

У спектроскопи?и се користи ?единица:

што се об?аш?ава инверзном зависнош?у енерги?е зраче?а од таласне дужине , при чему то следи из познате ?едначине:

.

Момент силе и енерги?а [ уреди | уреди извор ]

Приметимо да се момент силе изражава тако?е у ?утн-метрима ( Nm ), што ?е иста ?единица као и за енерги?у и ни?е у пита?у случа?ност: момент силе од 1 ?утн-метра дуж угла од 1 ради?ана врши рад (што ?е исто што и енерги?а) од 1 ?ула .

Друге ?единице енерги?е [ уреди | уреди извор ]

У ЦГС систему,

  • ?едан ерг ?е 1 g cm 2 s ?2 , што ?е 1.0×10 ?7 J
  • литар - атмосфера износи 101.325 J и давно ?е напуштена.

Кра?евске/америчке ?единице мере за енерги?у и рад ук?учу?у следе?е ?единице:

  • стопа-фунта сила износи 1.3558 J,
  • британска топлотна ?единица ( Btu ) , ?единица ко?а има неколико вредности и износи око 1055 J, и
  • ко?ска снага -сат и износи 2.6845 MJ.
  • киловат-час (kW h) ?е ?единица ко?а се користи веома често, поготово на рачунима за наплату електричне енерги?е, а ?едан kW h ?е еквивалентно 3.6×10 6 J (3600 kJ or 3.6 MJ). Метричке ?единице ?есу конзистентне али ова изгледа чудно због ?едног ?едноставног разлога. Метричка ?единица за време ?е секунда, а у сату има 3600 секунди?другим речима, 1 kW s = 1 kJ ?е прилаго?ено метричком систему, али ?е kW h примерени?е свакодневно? употреби.
  • калори?а се углавном користи у ди?етама и исхрани и представ?а количину топлоте потребну да ?едан килограм воде загре?е за ?едан °C, у условима нормалног атмосферског притиска, 1 atm . Ова количина топлоте зависи мало од почетне температуре воде, што за последицу има разне калори?е разних енергетских вредности. Вредност калори?е (углавном) ?е 4.1868 kJ.
Калори?е ко?е служе за опис енергетске способности хране су велике калори?е ко?е за основу има?у килограм, а не грам (воде) и зато се зову калори?е хране . Оне се понекад назива?у килокалори?е, подразумева?у?и да су калори?е мале калори?е засноване на граму, а као резултат се избегава?у префикси за велике калори?е (1 kcal ?е 4.184 kJ, никад 4.184 MJ, чак и када калори?е значе ве?е ?единице у истом документу или на налепници кути?е са храном). Калори?е хране се понекад означава?у са Cal (1000 cal) са великим словом C, али ?е оваква врста обележава?а чеш?а у к?игама хеми?е и физике?ко?е не користе велике калори?е?него у реалним применама где се оне ипак користе. (Оваква врста обележава?а ?е збу?у?у?а у ситуаци?ама где се реч калори?а по?ав?у?е на почетку реченице или прво? колони табеле састо?ака, где се и очеку?у велика слова за све састо?ке ко?и се некако мере као што могу бити ?Ше?ер“, ?Гвож?е“ и слично.)

Пренос енерги?е [ уреди | уреди извор ]

Рад [ уреди | уреди извор ]

Претходно поменута дефиници?а рада има сво?а ограниче?а. Она важи под условом да ?е сила константна, а пута?а тела ни?е кривудава. Стога ?е потребно увести математички правилни?у дефиници?у, ко?а се заснива на иде?и да се кривудава пута?а подели на велики бро? ма?их, приближно правих делова. Отуда се доби?а образац:

Одакле:

Из гор?е ?едначине следи да ?е рад ( ) ?еднак интегралу скаларног производа вектора силе ( ) и инфинитезимале вектора пута ( ).

Топлота [ уреди | уреди извор ]

Топлоту, као облик енерги?е, делимично чине потенци?ална енерги?а и кинетичка енерги?а неког тела.

Топлота ?е уобича?ени назив за топлотну енерги?у тела ко?а ?е последица крета?а атома и молекула тог тела. Ово крета?е може бити транслаторно (крета?е молекула и атома као целине унутар тела), вибраци?е (релативно крета?е атома унутар молекула или кристалне решетке) и ротационо крета?е. То ?е облик крета?а ко?и се обично повезу?е са температуром тела или агрегатним ста?ем матери?е. У хеми?и, топлота ?е износ енерги?е ко?а се упи?е или ослободи приликом остварива?а хеми?ских веза изме?у атома у молекуле ко?и су резултат хеми?ске реакци?е .

Веза изме?у топлоте и енерги?е ?е слична вези изме?у рада и енерги?е. Топлота се кре?е из области са вишом температуром ка области ниже температуре. Свако тело поседу?е извесну количину унутраш?е енерги?е и она ?е везана са случа?ним, насумичним, крета?ем ?егових атома или молекула. Ова унутраш?а енерги?а ?е директно сразмерна температури тела. Када два тела различитих температура до?у у термички контакт они ме?усобно разме?у?у унутраш?у енерги?у док се температура не из?едначи. Износ енерги?е ко?и се пренесе ?е ?еднак износу разме?ене топлоте. Уобича?ена забуна се ?ав?а меша?ем по?мова топлоте и унутраш?е енерги?е, али посто?и разлика: измена унутраш?е енерги?е ?е ?еднака топлоти ко?а из околине пре?е на тело уве?ано за рад ко?и околина изврши над телом.

Топлотна енерги?а се преноси на три начина: проводнош?у ( кондукци?ом ), протоком ( конвекци?ом ) и зраче?ем ( ради?аци?ом ).

Очува?е енерги?е [ уреди | уреди извор ]

Први закон термодинамике тврди да укупан износ енерги?е ко?а у?е у систем мора бити ?еднака укупном износу енерги?е ко?а иза?е из система уве?ано за промену енерги?е унутар система. Ова? закон важи у свим гранама физике, уз проблеме у квантно? механици. Теорема Еми Нетер говори о вези очува?а енерги?е са временском независнош?у закона физике, односно са хомогенош?у времена, као ?едином ?еговом симетри?ом.

Пример очува?а енерги?е ?е математичко клатно. У на?вишем положа?у кинетичка енерги?а ?е нула, а потенци?ална гравитациона енерги?а ?е максимална. На свом на?нижем положа?у кинетичка енерги?а ?е максимална и ?еднака ?е максимално? вредности потенци?алне енерги?е ко?а ?е достигнута у амплитудном положа?у. Ако се посматра идеалан случа? и сматра да не посто?и тре?е и отпор ваздуха клатно би се клатило заувек. У пракси, расположива енерги?а се никад не очува потпуно када тело ме?а ста?е; иначе би било могу?е направити вечиту креталицу ( perpetuum mobile ).

Други пример ?е хеми?ска експлози?а у ко?о? се потенци?ална хеми?ска енерги?а претвара у кинетичку енерги?у и топлоту у веома кратком временском периоду.

Ме?утим, не треба мешати по?мове очува?е енерги?е и чува?е енерги?е . Послед?и ?е везан за чува?е енергетских ресурса и нетроше?е фосилних горива или електричне енерги?е.

Врсте енерги?е [ уреди | уреди извор ]

Сви облици енерги?е као што су топлотна, хеми?ска, електрична, зраче?е, нуклеарна итд. могу бити посматрани или као кинетичка или као потенци?ална енерги?а. На пример топлотна енерги?а ?е суштински кинетичка енерги?а атома и молекула; хеми?ска енерги?а може бити замиш?ена као потенци?ална енерги?а атома унутар молекула; електрична енерги?а се може схватити као потенци?ална и кинетичка енерги?а електрона; нуклеарна енерги?а се на сличан начин може посматрати као потенци?ална енерги?а субатомских честица унутар атомског ?езгра.

Кинетичка енерги?а [ уреди | уреди извор ]

Кинетичка енерги?а ?е део енерги?е ко?и се односи на крета?е.

Гор?а ?едначина тврди да ?е кинетичка енерги?а ( ) ?еднака лини?ском интегралу скаларног производа вектора брзине ( ) тела и инфинитезималне промене вектора импулса ( ).

За не- релативистичке брзине, а то су брзине много ма?е од брзине светлости , може се користити ?утнов израз за кинетичку енерги?у:

где ?е

кинетичка енерги?а
маса тела
брзина тела

При брзинама блиским брзини светлости исправно ?е користити релативистичку формулу:

где ?е

брзина тела
?е маса тела у мирова?у
брзина светлости у вакууму, што ?е приближно 300.000 km/s
укупна енерги?а тела
?е енерги?а тела у мирова?у.
( Погледати: E=mc² . )

Релативистичка формула може бити представ?ена и у облику Те?лоровог реда , где ?е бити наведена само два почетна члана

Одатле, други и следе?и чланови реда се могу сматрати нетачнош?у ?утнове апроксимаци?е израза за кинетичку енерги?у, а везани су за релативистичке феномене. За брзине много ма?е од брзине светлости у вакууму ти чланови има?у ?ако мале вредности, па се могу занемарити, што потвр?у?е тачност класичних формула у ве? поменутом опсегу ?ма?их“ брзина ко?е сре?емо у свакодневном животу, па се стога и нерелативистичке формуле често употреб?ава?у.

Енерги?а мирова?а [ уреди | уреди извор ]

У релативистичко? физици матери?ално тело има енерги?у самим тим што посто?и. Та енерги?а се назива енерги?ом мирова?а. Рачуна се према обрасцу E=mc².

Он се доби?а када се по релативистички дефинисаном концепту формула за укупну енерги?е иста разложи у ред:

Први члан у разво?у, независтан од брзине представ?а ту енерги?у мирова?а.

Формула E=mc² има дубок суштински знача?. Према ово?, широко познато? релаци?и енерги?а и маса су еквивалентне. формула има велику примену у об?аш?ава?у неких нуклеарних реакци?а. Ова формула да?е могу?ност да фотон , ко?и нема масу мирова?а поседу?е масу захва?у?у?и сво?е енерги?е дефинисане Планковом формулом .

Потенци?ална енерги?а [ уреди | уреди извор ]

Основни чланак: Потенци?ална енерги?а .

Насупрот кинетичко? енерги?и, ко?а ?е енерги?а система услед крета?а или унутраш?ег крета?а честица , потенци?ална енерги?а система ?е повезана са просторним распоредом делова ?едног тела или уза?амног расто?а?а два тела и ?ихових интеракци?а . Било ко?и бро? честица ко?е делу?у силама ?една на другу чине систем са потенци?алном енерги?ом. У макросвету, односно делу природе ко?и опажамо нашим природним чулима то су углавном електростатичка сила ( Кулонов закон ) и гравитациона сила.

У изолованом систему ко?и се састо?и од два непокретна тела ко?и делу?у силом ?едно на друго и леже на x-оси, потенци?ална енерги?а се изражава општом ?едначином

где ?е сила изме?у тела промен?ива у зависности од уда?ености и интегрише се дуж лини?е ко?а спа?а ова два тела.

Да?е, можемо посматрати везу изме?у силе и потенци?алне енерги?е, узима?у?и исти систем од два тела на x-оси. Ако имамо потенци?алну енерги?у у свако? тачки , тада ?е сила ко?а делу?е на тело у тачки

Ова математичка веза открива непосредну зависност изме?у силе и потенци?алне енерги?е: сила изме?у два тела делу?е у смеру опада?а потенци?алне енерги?е, а ?ачина ?е сразмерна брзини опада?а потенци?алне енерги?е. Снажне силе су последица наглог пада потенци?алне енерги?е, док су мале силе последица благог опада?а потенци?алне енерги?е. Приметимо да сила ко?а делу?е на тело потпуно зависи од потенци?алне енерги?е.

Ове две релаци?е ? дефиници?а потенци?алне енерги?е преко силе и зависност силе од потенци?алне енерги?е ? показу?у како су две по?аве: сила и потенци?ална енерги?а суштински повезане. Ако два тела не делу?у силама ме?усобно, нема потенци?алне енерги?е ме?у ?има. Ако два тела делу?у силом ?едно на друго, потенци?ална енерги?а се по?ав?у?е у систему као део укупне енерги?е система. Пошто потенци?ална енерги?а наста?е из сила, свака промена у просторном распореду ?е ума?ити или уве?ати потенци?алну енерги?у система како тела ме?а?у ме?усобну уда?еност.

Када се систем помера у ста?е ниже потенци?алне енерги?е, енерги?а се или ослоба?а у неком облику или претвара у други облик енерги?е, као што ?е кинетичка енерги?а. Потенци?ална енерги?а може бити ускладиштена као гравитациона енерги?а, хеми?ска енерги?а, енерги?а масе мирова?а или електрична енерги?а, али се по?ав?у?е увек због просторног распореда и ме?уде?ства тела унутар система. За разлику од кинетичке енерги?е ко?а посто?и у сваком телу у покрету, потенци?ална енерги?а посто?и у сваком телу ко?е ?е у ме?уде?ству са неким другим телом.

На пример, маса испуштена изнад Зем?е има првобитну потенци?алну енерги?у ко?а потиче од гравитационе привлачности Зем?е, ко?а се потом претвара у кинетичку енерги?у, како привлачна гравитациона сила делу?е на тело, а истовремено се ?егова потенци?ална енерги?а сма?у?е док тело пада.

На малим висинама изнад Зем?е ова потенци?ална енерги?а Зем?ине теже израчунава се према ?едначини:

где ?е

маса тела,
?е висина и
?е вредност убрза?а Зем?ине теже у близини површине Зем?е

Унутраш?а енерги?а [ уреди | уреди извор ]

Унутраш?а енерги?а кинетичка енерги?а повезана са крета?ем молекула и потенци?алном енерги?ом ко?а ?е повезана са ротационим крета?ем, вибраци?ама и електричном енерги?ом атома унутар молекула. Унутраш?а енерги?а, као и свака друга енерги?а, ?е мер?ива функци?а ста?а система.

Енерги?а и економи?а [ уреди | уреди извор ]

Начин како човечанство користи енерги?у ?е ?едан од основних карактеристика економи?е и читаве цивилизаци?е. Напредак од запрежне снаге до парне снаге, потом мотора са унутраш?им сагорева?ем и на кра?у електричне снаге ?есу к?учни елементи и показате?и разво?а цивилизаци?е. Буду?и разво? енергетике посебно став?а акценат на обнов?иву енерги?у и енергетску ефикасност као к?уч очува?а фосилних извора енерги?е и избегава?а ефекта стаклене баште (глобалног загрева?а).--

Види ?ош [ уреди | уреди извор ]

Референце [ уреди | уреди извор ]

  1. ^ Lehrman, Robert L. (1973). ?Energy is not the ability to do work” (PDF) . The Physics Teacher. Архивирано из оригинала (PDF) 20. 1. 2017. г.  
  2. ^ Harper, Douglas. ?Energy” . Online Etymology Dictionary . Приступ?ено 1. 5. 2007 .  
  3. ^ Smith 1998 .

Литература [ уреди | уреди извор ]

  • Smith, Crosbie (1998). The Science of Energy ? a Cultural History of Energy Physics in Victorian Britain . The University of Chicago Press. ISBN   978-0-226-76420-7 .  
  • Alekseev, G. N. (1986). Energy and Entropy . Moscow: Mir Publishers.  
  • Crowell, Benjamin (2011) [2003]. Light and Matter . Fullerton, California: Light and Matter. Архивирано из оригинала 01. 05. 2013. г . Приступ?ено 05. 03. 2017 .  
  • Ross, John S. (23. 4. 2002). ?Work, Power, Kinetic Energy” (PDF) . Project PHYSNET . Michigan State University.  
  • Smil, Vaclav (2008). Energy in nature and society: general energetics of complex systems . Cambridge, USA: MIT Press. ISBN   978-0-262-19565-2 .  
  • Walding, Richard; Rapkins, Greg; Rossiter, Glenn (1999). New Century Senior Physics . Melbourne, Australia: Oxford University Press. ISBN   978-0-19-551084-3 .  

Спо?аш?е везе [ уреди | уреди извор ]